바람 불면 불이 켜진다.. 마찰 전기 소자 개발

펄럭이는 필름을 초고속 카메라를 통해 캡처해 필름의 움직임에 따른 전기적 메커니즘을 완벽 분석했다.

[아시아경제 황준호 기자] 바람이 불면 유전체 사이의 금속층이 마찰하면서 전기를 일으키는 마찰 전기 소자가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 연속적으로 에너지를 공급할 수 있어, 드론이나 전기자동차의 보조전원장치로 활용할 수 있을 것으로 예상된다.

정건영 광주과학기술원 신소재공학부 교수 연구팀은 바람 기반 마찰 전기 소자를 제작해, 관련 논문이 국제 학술지인 나노에너지에 최근 실렸다고 13일 밝혔다. 마찰 전기 소자는 유전체 필름의 기계적 움직임에 의해 필름과 전극 간 접촉 마찰로 발생한 정전기를 이용해 전기에너지를 생성하는 소자다.

실제 제작한 바람 기반 마찰 전기 소자를 LED와 연결해 15.1 m/s 하에서 안정적으로 작동함을 확인했다.

정 교수 연구팀이 만든 소자는 유전체 필름 사이에 하부 전극에 연결된 금속층을 삽입해 바람에 의해 마찰할 수 있도록 했다. 이어 위-아래 듀얼 모드로 구성된 전극 안에 넣어, 한 번의 진동에 위와 아래 두 번의 마찰이 가능하도록 소자를 구성했다. 유전체는 전하가 통과하지 않지만 양전하에 대해서는 유전체의 음전하가, 음전하에 대해서는 유전체의 양전하가 늘어서게 돼 극성을 지니는 물질이다.

연구팀은 유전체 사이에 금속을 삽입해 전류를 기존 마찰 전기 소자 대비 12~15배 늘렸다. 기존보다 10배 이상 생산 전력 밀도가 커지면서 상용화가 가능해진 것이다. 기존 소자는 전압에 비해 낮은 전류값을 갖고 있어 상용화가 어려웠다.

연구팀은 바람에 400 Hz 이상으로 펄럭이는 필름과 전극 간의 효과적인 접촉 마찰을 초고속 카메라를 통해 파악해다. 이에 따라 유전체 필름의 움직임에 따른 전기적 메커니즘을 완벽 분석했다.

정 교수는 "이번 연구는 현재 바람 기반 마찰 전기 소자의 낮은 출력 및 안정성 문제에 대한 극복 가능성을 제시한 연구"라며 "향후 고층 빌딩 외부와 같이 접근이 힘든 장소에서의 저전력 장치(센서, 디스플레이 등) 뿐만 아니라 전기 자동차나 드론의 보조 전력 장치 등에도 다양하게 적용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr